RF 85mm f/1.2L USM 研發故事

RF 85mm f/1.2L USM是專為佳能全片幅無反相機EOS R系列開發的首支中遠攝定焦鏡頭。
是次訪問將會由鏡頭的研發團隊講述從企劃到決定研發的原因、面對的技術難題與解決對策,以及對85mm f/1.2規格人像鏡頭的思考。
RF 85mm f/1.2L USM開發團隊
產品企劃
河合 海至
影像通訊事業本部
ICB 光學事業部
BR光學元件,DS塗膜設計
石橋 友彦
影像通訊事業本部
光學技術研發中心
光學設計
前瀧 聡
影像通訊事業本部
ICB光學研發中心 室長
機械設計
村上 康
影像通訊事業本部
ICB光學研發中心
電機設計
市瀬 正実
影像通訊事業本部
ICB光學研發中心 高級工程師
憑藉RF接環而得以實現的超高影像質素人像鏡頭
河合(產品企劃)
利用大口徑及短後對焦距離的特點,由f/1.2開始已帶來超卓影像質素。
問: 在開始研發RF 85mm f/1.2L USM時,你們抱著什麼目標?
河合(產品企劃):我們的目標是利用RF接環賦予的設計自由度,大量注入佳能光學技術,設計出具有驚人光學性能的人像鏡頭。現有的佳能人像鏡頭已經達至很高的解像度,即使放大影像後也能得到足夠銳利的影像。但即使使用這些光學質素非常高的鏡頭以f/1.4或f/1.2最大光圈拍攝婚禮時,在婚紗、花束等純白色的物件或閃亮的首飾上亦可能會產生明顯的綠色或紫色色邊。我間中亦會拍攝婚禮,在這麼重要的日子,大家也不希望因白色的服裝上會出現色邊而失去人像相片原本想要的效果。因此,我們想利用RF接環賦予的設計自由度及充分利用佳能多年研究所得的尖端光學技術,製造具備極高光學性能並能夠還原人物原有美態的鏡頭。
※鏡頭結構具備優良的防塵防水滴性能。防塵防水滴結構*應用於鏡頭接環、變焦環、對焦環及各種開關上。即使在惡劣的天氣條件下,依然能有效防止水滴及灰塵進入鏡頭內部,令鏡頭可用於廣泛的攝影環境。
*需配合EOS R機身,但不建議於雨中使用。
我們在企劃及研發過程中分析了專業攝影師的意見,為一眾活躍於最前線的專業人像攝影師製造出一款能夠長期放心使用而不會過時的鏡頭為目標。與此同時,鏡頭堅固性及耐用性專業規格亦絕對不能妥協以保留L系列專業鏡頭的特點,讓專業攝影師及攝影愛好者能安心長期使用。
問:為什麼不是85mm f/1.4,而是選擇了85mm f/1.2的規格?
河合(產品企劃):這是因為高銳利度的合焦範圍與f/1.2的極淺景深的組合,能夠實現出前所未見的超卓影像質素。於2017年開售的EF 85mm f/1.4L IS USM因其f/1.4大光圈及IS影像穩定器廣受好評。即使如此,EF 85mm f/1.2L II USM人氣依然不減,深受喜愛f/1.2光圈的用家青睞,所以兩款鏡頭都獲得了不同用家的大力支持。雖然較早前開售的RF 50mm f/1.2L USM是一支非常銳利的鏡頭,但RF 85mm f/1.2L USM較長的焦距可以得到更模糊的散景,以f/1.2超淺景深拍攝的人像具有其獨特的魅力。RF 85mm f/1.2L USM在最大光圈時就具備超卓的影像質素,以驚人的高解像度及未見於在其他鏡頭的優美散景,為人像攝影實現全新的影像表達方式,這就是我們選擇了研發f/1.2規格的原因。
FD 85mm f/1.2 SSC Aspherical
佳能首支85mm f/1.2規格鏡頭,在1976年開售時為世界最大光圈的85mm單鏡反光相機鏡頭,鏡頭亦採用了非球面鏡片和浮動對焦機構等當時最先進的光學技術,從此開創了佳能85mm f/1.2系列鏡頭的傳奇。
佳能85mm f/1.2鏡頭擁有40多年歷史,是人像鏡頭的代名詞。
問:請談談歷代85mm f/1.2鏡頭及當時技術方面的挑戰。
河合(產品企劃):佳能85mm f/1.2鏡頭擁有悠久的歷史,我們推出首支85mm f/1.2鏡頭已經超過40年。期間雖然85mm f/1.2光圈的規格不變,但當中的鏡頭性能一直伴隨著技術研發而不斷提昇。佳能首支85mmf/1.2鏡頭是1976年開售的FD 85mm f/1.2 SSC Aspherical,是當年世界最大光圈的85mm單鏡反光相機鏡頭。當時大量生產非球面鏡片技術剛剛確立,全賴應用了生產技術上極具挑戰性的非球面鏡片,f/1.2光圈才得以實現。及後亦因應接環改變及自動對焦而演變出New FD 85mm f/1.2L、EF 85mm f/1.2L USM,而現有的EF 85mm f/1.2L II USM亦於2006年推出。EF 85mm f/1.2L II USM推出已經超過10多年,但其85mm f/1.2規格帶來的柔和散景直至今日仍備受好評,更是專業人像及婚禮攝影師的必然之選。新的RF 85mm f/1.2L USM同時具備超卓影像質素及傳奇的85mm f/1.2規格,憑藉RF接環的大口徑及短後對焦距離,加上佳能累積多年研究所得的領先光學科技,開啟85mm f/1.2規格鏡頭的新時代。
RF接環為光學設計師實現了一款
夢寐以求的完美鏡頭
左:前瀧(光學設計) 右:市瀨(電機設計)
大口徑・短後對焦距離的RF接環讓完美鏡頭得以實現。
問:f/1.4與f/1.2光圈在設計難度上有多大分別?
前瀧(光學設計):從數字上看,有人可能覺得f/1.2和f/1.4光圈分別不大,但兩者實際亮度上有接近半級的分別,亦即是進光量約有1.4倍的分別,令設計難度大幅增加。大光圈鏡頭的設計難度甚高是因為光線通過鏡頭時會彎曲,也就是“折射”現象。而當光線折射時會產生叫做“像差”的東西,這是導致鏡頭光學性能降低的原因。F值較小的大光圈鏡頭需要相應較大口徑的鏡片去滙集更多光線,但鏡片口徑越大,通過鏡片邊緣的光線折射越大,便越容易產生像差。因此如要保持與F值較大(光圈較小)的鏡頭相同的影像質素,就需要更高效的像差修正。所以雖然半級光圈的分別好像不大,但在設計f/1.2與f/1.4級別的超大光圈鏡頭時,這半級光圈的分別就令設計難度倍增。
光學結構圖
從圖中可以看到幾乎緊貼接環後方的大口徑鏡片。
問:在EF接環上製作同樣規格的鏡頭會有困難嗎?
前瀧(光學設計):如果我們要在EF接環上製造相同f/1.2規格及光學表現的鏡頭,在設計上需要增加鏡片數量以抑制像差。但EF鏡頭的設計要在鏡頭後方保留單鏡反光相機的反光鏡箱空間,所以只能於前方增加鏡片數量,因此鏡頭前端會變得很大。當然在理論上設計是可行的,但要將鏡頭大小控制在可商品化的合理範圍內恐怕是不可能了。另一方面,RF接環的短後對焦距離容許在接近焦平面的位置配置鏡片,從而實現高效的像差修正。再者, RF接環就和EF接環都是採用54mm的大口徑規格,而可以在接近焦平面位置配置大口徑的鏡片亦是一大不可或缺的優勢。RF接環在光學設計上的自由度受惠於短後對焦距離與大口徑接環,這兩個要素缺一不可。其實不限於這款鏡頭,從觀察光學結構圖可知其他RF鏡頭最後方的(相機方向)鏡片直徑都是很大。總括來說,全賴充分利用RF接環提供的光學設計自由度,才得以實現了目前RF鏡頭的規格、性能和大小。
大口徑・短後對焦距離的RF接環
以長遠未來發展性為基礎,採用與EF接環相同的54毫米大口徑及容許在接近焦平面配置鏡片的短後對焦距離,讓光學設計更具自由度,有利設計出銳利度令人驚嘆的大光圈、高操作規格及輕巧細小的鏡頭。
市瀨(電機設計)
市瀨(電機設計):如果要在EF接環上實現與RF 85mm f/1.2L USM相同的光學質素,對焦鏡組的重量會因為要在鏡頭前方增加鏡片而上升,導致對焦速度降低。另外,鏡頭大小伴隨著鏡片數量增加而變得更大,用以固定鏡片的機械部件也需要相應地加大,令產品整體變大、變重。考慮到這些因素,即使從機械及電子設計的角度來說,要在對焦速度、鏡頭大小和重量之間取得平衡,對EF接環來說是極大的挑戰。
從最大光圈起就儘量抑制像差至零
傳承歷年不變的設計理念成就BR光學元件
由於BR光學元件能大幅度折射藍光(短波長光譜),將其置於凸透鏡和凹透鏡之間能將所有可見光波長聚焦至一個點。
單單結合凸透鏡和凹透鏡並不能修正藍色波長折射,偏移的焦點將以藍色色邊出現。
問:在設計理念上,和以前的鏡頭有甚麼分別?
前瀧(光學設計):佳能的光學設計理念一直維持不變。點要如實表現成點、線要表現成線,正方形要表現成正方形。基本上就是將像差減低至零。我們佳能有句說話「你不會認為像差修正是太多的」,但像差修正的程度很受當時技術水平的影響。EF 85mm f/1.2L II USM和RF 85mm f/1.2L USM的設計理念並沒有分別,只是兩者設計時可應用的光學技術有所不同。例如BR光學元件、設計的知識和經驗及新的玻璃物料等。

※ BR光學元件: 藍光譜折射(Blue Spectrum Refractive)光學元件的簡稱。
石橋(BR/DS設計)
問:你們採用了什麼方法去抑制色差呢?
石橋(BR/DS設計):BR光學元件是RF 85mm f/1.2L USM抑制色差中最重要的一環。這是繼EF 35mm f/1.4L II USM後第二款採用BR光學元件的鏡頭。除了BR光學元件之外,佳能還擁有能修正各種色差的不同光學物料如螢石鏡片、DO(多層衍射光學元件)鏡片和UD(超低色散)鏡片等,設計時會根據每支鏡頭的光學系統選用合適的物料。與其他光學物料相比,BR光學元件的特點是能夠大幅折射藍光(短波長光譜)。它比傳統光學物料具備更優異的異常色散特性(anomalous dispersion characteristics),即使在極薄的鏡片形狀下亦能提供足夠的修正色差效果,讓我們能實現超卓的光學表現。如果沒有BR光學元件,我們在設計時便需要增加鏡片數量,也無法保持現有的鏡頭大小。
BR光學元件再結合經多年研發的新玻璃物料,實現超卓影像質素。
前瀧(光學設計):除BR光學元件之外,我們還採用過去10年研發的不同新玻璃物料。 在研發BR光學元件的期間,我們很早就開始專注研究普通玻璃物料的異常色散特性,並與玻璃製造商合作研發新的玻璃物料,促成於設計技術上積極應用這些新物料。這些技術是我們經過5至10年時間耕耘的成果。雖然我們沒有為所有新玻璃物料命名,但我們在BR光學元件以外亦專注研發不同的創新玻璃物料,並加以配合使用才得以達成此鏡頭的超卓光學性能。
為用家提供高質素「素材」
是我們設計者的使命
將影像的像差修正為無像差是很困難,但相反的話則相對容易。
問:有些攝影師喜歡EF 85mm f/1.2L II USM是因為它的合焦範圍略帶柔和的感覺,或他們所稱的鏡頭「味道」。關於這方面,你們有什麼考慮?
前瀧(光學設計):一般來說是沒有「像差修正太多了」的想法,但受制於鏡頭大小、成本及可使用技術的限制,所以無法保證能完全修正像差。當然,我們知道每一支鏡頭都擁有自身獨特的「味道」。在實際的光學設計中像差是無法完全消除的,在平衡散景質素和解像度時已考慮到這一點。實際上,在f/1.2大光圈鏡頭上中取得這種平衡是相當困難,是需要精密地控制所有到達焦平面的光線方可達成。雖然現今的數碼修正變得容易,但我們認為理想的原始影像質素是應該沒有像差的。

另一種對高影像質素的觀點則是相反,有些人覺得殘留球面像差的成像是一種鏡頭的「味道」。即使如此,要將影像的像差修正為無像差很困難,但反過來的話只要利用影像處理技術則比較容易做到。換句話說,我們以影像質素為用家提供最好的「素材」,用家可以自由選擇直接使用或經後期處理再使用。作為設計人員,我們追求的是提供用家這樣的選擇。
石橋(BR/DS設計):色差是大光圈鏡頭的宿敵,因為這會影響到攝影師表現出主體的原貌,所以殘留色差是一種壞處。因此透過採用BR光學元件及仔細選擇光學物料,我們致力製造一支色差極低的鏡頭,令用家能拍攝出心目中所想要的影像。
問:研磨非球面鏡片在修正球面像差上發揮了甚麼作用?
前瀧(光學設計):RF 85mm f/1.2L USM中的研磨非球面鏡片能有效修正球面像差。與玻璃模鑄非球面鏡片相比,研磨非球面鏡片可供選擇的玻璃物料更多。由於修正色差是這支鏡頭優先考慮,所以我們希望為這非球面鏡片選擇有利於修正色差的玻璃物料,所以我們決定以研磨非球面鏡片而非玻璃模鑄非球面鏡片作為鏡頭的第5片鏡片。另外,這片研磨非球面鏡片的位置十分接近光圈,空間十分有限,但同時在光學設計上這是一個會影響到多種像差的位置,我們因此需要與機械設計人員以0.1毫米為增減單位作多次調整空間。為滿足機械和光學設計的要求及實現f/1.2大光圈鏡頭,能有效修正像差的研磨非球面鏡片是不可或缺的重要元素。
ASC鍍膜結構示意圖
除了平常的多層塗膜外,鏡頭還採用了ASC空氣球體塗膜以減低眩光及鬼影。雖然RF接環的短後對焦距離給予光學設計更高的自由度,但短後對焦距離卻令有害的光線較難排除到影像以外。因此我們需要在設計上加倍注意眩光及鬼影的問題。因此RF 85mm f/1.2L USM在接近焦平面的鏡片表面加入了ASC塗膜。我們應用佳能自行研發的光學設計工具,以其中可控制單束光線進行高精度模擬的專用模擬工具去檢測眩光及鬼影。透過這些模擬技術與ASC塗膜,成功實現了與現有鏡頭相若的抑制眩光、鬼影效果。
散景質素是沒有既定標準的
因此佳能提供了兩個選擇
問:在提高散景質素方面,你們採用了什麼方法?
石橋(BR/DS設計):任何殘留的色差會在焦外區域(合焦處以外)形成特別明顯的色邊。因為我們相信大光圈鏡頭的用家都是為了拍攝出美麗的散景,所以我們在設計產品時,不僅專注於合焦的區域,亦非常著重焦外區域的影像質素。紫邊(主體輪廓呈紫色)及焦外區域散景的色差是由於光譜靠近藍色一端的光線與其他波長光線所聚焦的位置不同而產生的現像。透過採用BR光學元件及其他創新技術,將可見光波長盡量聚焦到一點以減輕色差。
前瀧(光學設計):我們剛才提及了佳能自行研發的高精度眩光、鬼影模擬工具,我們在佳能亦有自行研發的散景效果模擬工具,所以從設計階段就能精細確認、調整散景效果。隨著模擬科技的突飛猛進,現在從設計階段就能像使用實際鏡頭拍攝般進行模擬測試。

河合(產品企劃):從散景的角度來看,比EF 85mm f/1.2L II USM更短的最近對焦距離亦是重點。利用f/1.2帶來的超強散景效果,能以全新的影像表達方式拍攝如飾物或珠寶等的特寫。
問:和現有的鏡頭相比,周邊的暗角和光圈蝕有分別嗎?
前瀧(光學設計):在f/1.2超大光圈鏡頭,要平衡周邊的暗角程度和光圈蝕是比較困難的。周邊亮度不足或暗角可通過數碼修正有效改善,但如果要在大光圈下嘗試保持影像周邊的散景形狀為圓形,鏡頭的大小將會變得更大。在考慮鏡頭大小及性能之間的平衡,我們確保鏡頭周邊的暗角和光圈蝕做到比EF 85mm f/1.2L II USM絕不遜色的水平。而和單鏡反光相機不同的是,EOS R系列相機上由於沒有反光鏡箱,因此我相信用家會發現周邊光圈蝕有一定的改善,始終光線受反光鏡箱阻礙是光圈蝕產生的原因之一。
研發提供更平滑柔和散景的「DS」(Defocus Smoothing) 版本鏡頭。
問:正在研發中的「DS」(Defocus Smoothing) 型號有什麼特點?
石橋(BR/DS設計): RF 85mm f/1.2L USM由f/1.2大光圈帶來的夢幻散景是鏡頭賣點之一,但同時因為大幅抑制色差,因而令散景的輪廓偏向比較清晰。視乎個人喜好,如焦外區域重疊的樹葉,有些人可能會較在意散景邊緣的交互重疊。因此我們想設計出能拍攝平滑柔和散景效果的獨特鏡頭,並驅使我們研發採用DS(Defocus Smoothing)塗膜的RF 85mm f/1.2L USM DS版本鏡頭。即使鏡頭基本規格與RF 85mm f/1.2L USM相同,但DS塗膜能帶來更平滑柔和散景效果。鏡頭目前正處於研發階段,預計於2019年內發售,大家要密切期待。
※ DS塗膜(開發中)

DS塗膜是佳能正在研發的獨有真空氣相沉積塗膜技術,能夠逐漸改變鏡片由中央至邊緣的透光率(Light Transmittance),令焦外散景的邊緣更平滑柔和。可輕易根據鏡片形狀靈活進行加工,因此無需額外的鏡片便可達到效果,讓兩支版本的鏡頭能同時開發。
配備佳能最高扭力的環型USM超聲波馬達
及提昇的最高輸出扭力
問:為甚麼這支鏡頭比EF 85mm f/1.2L II USM更大?
村上(機械設計):雖然這鏡頭比單鏡反光相機用的EF 85mm f/1.2L II USM更大及更重,但是我們以高影像質素為大前提下,平衡實際可行的重量及大小來進行設計。

前瀧(光學設計):在光學設計上,鏡頭的總長度是從焦平面開始計算。如果你將RF接環與EF接環相比,你會發現RF接環與焦平面的距離更接近。因此RF 85mm f/1.2L USM的長度需要比EF版本造得更長以彌補法蘭距的差異。當你將配上鏡頭轉接器EF-EOS R後的EF 85mm f/1.2L II USM與RF 85mm f/1.2L USM比較,就能清楚看見兩者安裝在EOSR後的長度分別並不大。
另外一個影響長度的原因是對焦系統的分別。EF 85mm f/1.2L II USM的對焦系統是前組鏡片對焦,即鏡頭的前端會隨著對焦距離而伸縮;而RF 85mm f/1.2L USM則採用內對焦系統,在對焦時鏡頭長度不變。如果將配上鏡頭轉接器EF-EOS R的EF 85mm f/1.2L II USM對焦至最近對焦距離(鏡頭前端伸長)再與RF 85mm f/1.2L USM比較, RF 版本的長度會稍為短一點。更重要的是,RF 85mm f/1.2L USM實現了更高的影像質素。

在研發期間,我們與機械設計團隊討論得最多的是光圈附近的鏡片配置、後組鏡片和對焦鏡組的重量。從光學設計的立場來看,我們希望能避免因對焦位置而產生的像差,所以我們向機械設計團隊要求將光圈設計為與對焦鏡組一起移動,機械設計團隊亦一一實現了我們的要求。
環形超聲波馬達
市瀨(電機設計): RF 85mm f/1.2L USM採用與超遠攝鏡頭相同的USM環型超聲波馬達,其扭力為佳能全線鏡頭馬達中最高的。馬達的控制方式亦經過改良以進一步提昇最高輸出扭力,能以更高精確度地驅動大型的對焦鏡組。

村上(機械設計):雖然從最近對焦距離到無限遠的自動對焦驅動速度和現有的型號相近,但加入了對焦距離範圍選擇開關,縮短了人像拍攝等常用對焦範圍的對焦時間,使用起來更方便。
阻尼感適中的電子對焦環,操作時更顯個性。
河合(產品企劃): EF 85mm f/1.2L II USM和RF 85mm f/1.2L USM兩者都採用了電子對焦環設計;EF 85mm f/1.2L II USM的對焦環阻尼感較低以方便操作,但亦有用家反映有時會不小心誤轉電子對焦環。因此我們調整了RF 85mm f/1.2L USM電子對焦環的阻尼感,提高手動對焦時的操控。這個調整除了提高短片拍攝時的對焦操作性外,亦讓拍攝靜止影像時以對焦導引或峰值顯示作手動對焦更容易。當使用EOS R、EOS RP手動對焦時,對焦環的靈敏度可選擇為「隨轉動速度而改變」或「與轉動角度連結」,其中「與轉動角度連結」選項可更精細地控制對焦。雖然是採用電子對焦環,但我們設計時加入適當的阻尼感以賦予對焦環一點個性。
當使用EOS R、EOS RP時,手動對焦時的對焦環靈敏度可選擇為「隨轉動速度而改變」或「與轉動角度連結」。
(EOS R選單畫面)
注重操作時的體驗,適當阻尼的電子對焦環。
河合(商品企劃):EF 85mm f/1.2L II USM和RF85mm F1.2 L USM都採用了電子對焦環,EF 85mm f/1.2L II USM的對焦環阻尼,可輕快操作,但也有用戶反映有時電子環會不小心轉動。RF85mm F1.2 L USM調整了電子環的阻尼,提高了手動對焦時的操作性。得益於此,提高了短片拍攝的對焦操作性,以及靜止圖像拍攝時並用對焦嚮導或峰值顯示時的易用性。搭配EOS R、EOS RP時,對焦模式有“隨旋轉速度變化”和“與旋轉角度聯動”共兩種,與旋轉角度聯動的模式可更精細地控制對焦。雖然是電子環,但有適當的阻尼,開發中也考慮到了對焦環的“韻味”。
嚴格依照設計值生產
達致最小個體差異
左:前瀧(光學設計) 中:市瀨(電機設計) 右:村上(機械設計)
我們建議在人像拍攝時將控制環自訂為曝光補償。
問:在操作性方面作出了什麼改進?
村上(機械設計):我們加入了RF鏡頭獨有的控制環。控制環和現有的RF鏡頭上的相同,可以自訂為光圈、快門速度等功能。與現有RF鏡頭一樣,考慮到手持拍攝時的平衡和操作性,控制環的位置配置在鏡頭前方。
河合(產品企劃)
河合(產品企劃):我們建議在人像拍攝時將控制環自訂為曝光補償。例如在戶外拍攝人像時環境亮度突然變化,右手可專注操作快門按鈕,同時以左手轉動控制環調整曝光補償。這讓專業攝影師在分秒必爭、不容有失的拍攝場合下靈活對應環境變化。

此外鏡頭的最前端和最後端鏡片都採用了氟塗膜,比EF 85mm f/1.2L II USM更易保養。鏡片不易附上油污和水滴,附著在鏡片上的油污也無須使用清潔劑、只用乾布就能輕鬆清除。
村上(機械設計)
問:在可靠性方面有什麼特點?
村上(機械設計):作為最新的L系列鏡頭,同樣具有能應付專業拍攝環境的高可靠性及耐用性。除了在研發初期利用最新的模擬技術以確保鏡頭擁有抗震等高可靠性外,我們也對鏡頭實體進行了非常嚴苛的耐用測試。

前瀧(光學設計):不管設計時的性能有多好,如果在製造時出現性能參差或個體差異太大而做成顯著性能下降,或性能因長時間使用而降低,一切都是沒有意義。因此工廠的員工以嚴格依照設計值、達致最小個體差異為生產目標,穩定提供高品質、高性能的產品,讓用家能安心使用。
RF 85mm f/1.2L USM開發團隊
務必使用“最大光圈”拍攝。
河合(產品企劃):在規劃這支鏡頭時,我們在原型樣本上反復進行了多次性能測試。當以最大光圈配合眼睛偵測自動對焦拍攝人像時,攝影師情不自禁地不斷為相片的銳利度興奮大叫。RF 85mm f/1.2L USM非常有效地抑制了色差、並為合焦位置帶來高解像度及高對比度的影像。我們認為這鏡頭的最大魅力在於“最大光圈”,我們希望以前一直會稍為收細光圈拍攝的用家,會享受使用f/1.2所拍攝的相片。
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